嵌入式系统的电磁兼容性设计

　　在高频数字系统中，当电路1工作时，会在回路公共阻抗上产生高频数字噪声，该噪声在电路2的回路中使地线“飘动”。不稳定的地线将严重降低运算放大器、模/数转换器等电路的性能。削弱电源系统共阻抗耦合的措施主要有以下2个：
(1)降低接入阻抗
　　电源线的布线要根据电流的大小，尽量加大导线的宽度，使电源线、地线的走向与信号传输方向一致，减少存在噪声的单元和其他单元之间公共电源阻抗，有助于增强抗噪声的能力。电路板要按功能分区，各分区电路地线相互并联，一点接地。当电路板上有多个电路单元时，应使各单元有独立的地线回路，各单元集中一点与公共地相连。这样各自产生的噪声电流不会流入其他单元，避免相互串扰。
(2)使用去耦电容
嵌入式系统印制板上一般都有多个集成电路，其中某些高速大功率器件，地线上会出现很大的噪声电压。抑制噪声的方法是在各集成器件的电源线和地线间接入去耦电容，以缩短开关电流的流通途径，降低电阻压降。
2．2　场干扰
　　电磁骚扰通过空间传播实质上是骚扰能量以场的形式向四周传播。场分为近场和远场。近场又称感应场，如果场源是高电压小电流的源则近场主要是电场，如果场源是低电压大电流的源则近场主要是磁场。无论场源是什么性质，当离场源距离大于λ/2π以后的场都变成了远场，又称辐射场。对于距离较远的系统间的电磁兼容问题，一般都用远场辐射来分析。对于系统内，特别是同一设备内的问题基本上是近场耦合问题。
2．2．1　远场辐射
　　骚扰源向周围空间的辐射发射需要根据天线与电波传播理论来计算，下面主要介绍微机系统中常见的几种辐射方式。
(1)单点辐射
单点辐射主要指各向同性的较小的骚扰源。
(2)平行双线环路的辐射
设平行双线环路中流有差模电流，并设线路长度l≤λ/4，其辐射应为：

其中：E为电场强度(V/m)；I为电流强度，(A)；S为环路面积(m²)，r为到发射源的距离(m)；λ为波长(m)。
　　如果印制板上有多条高频率长轨线则可能产生严重的辐射。由式(3)可知减小信号环路的面积可以减小辐射，或者增加信号的最大波长，这可以通过延长信号的上升时间来实现。同样当供电电源环路中有高频电流流过时，电源环路也是很好的辐射源，所以应该在高频噪声源处加去耦电容，给噪声一条高频旁路，以免流人电源环路，产生辐射。
(3)单导线辐射
　　当平行双线环路中环路面积足够小时，其差模电流产生的辐射可以忽略，而共模电流产生的辐射将成为主要因素，称为单导线辐射。
(4)感应
　　周围空间的骚扰电场和磁场都会在闭合环路中产生感应电压，从而对环路产生干扰。闭合环路产生的感应电压于环路面积成正比，环路面积越大感应电压越大，所以要避免外界噪声场的干扰应尽量减小环路面积。同时还可看到频率越高产生的感应电压也越大，即高频噪声容易对环路产生干扰。
2．2．2　近场耦合
　　同一设备内各部分电路之间距离较近的相互干扰常用近场耦合的方式处理。近场条件是离骚扰源的距离小于λ/2π。近场有电场和磁场，通常把骚扰源通过电场的耦合看成是电容耦合，通过磁场的耦合看成是互感耦合。对于近场耦合主要采取屏蔽的方法来减小耦合程度。
　　(1)电场屏蔽　使用接地的金属体包裹或隔离信号传输线，金属体可以是很薄的金属箔，但必须要有良好的接地。
　　(2)磁场屏蔽　在磁场频率比较低时(100 kHz以下)，通常采用铁磁性材料如铁、硅钢片、坡莫合金等进行磁场屏蔽。铁磁性物质的磁导率很大，所以可把磁力线集中在其内部通过。高频磁场屏蔽材料采用金属良导体，例如铜、铝等。当高频磁场穿过金属板时在金属板上产生感应电动势，由于金属板的电导率很高，所以产生很大的涡流，涡流又产生反磁场，与穿过金属板的原磁场相互抵消，同时又增加了金属板周围的原磁场。总的效果是使磁力线在金属板四周绕行而过。

3　结语
　　本文从基本的电磁兼容原理开始，讨论了嵌入式计算机系统中的电磁兼容性技术。根据多年在嵌入式系统应用开发中的经验，力求从实用的角度出发，给出了系统设计中的一些相应抗干扰措施。